电子线路课程设计—篮球竞赛30秒计时器汇总

目录

1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍 (1)

1.1 设计课题任务 (1)

1.2 功能要求说明 (1)

1.3 总体方案介绍 (1)

2 单元电路的设计 (2)

2.1 秒脉冲发生器 (2)

2.2 计数器 (4)

2.3 译码显示 (4)

2.4 控制电路 (5)

2.5 报警电路 (5)

2.6 电路原理图和PCB图 (5)

3 芯片引脚及功能说明 (6)

3.1 555定时器 (6)

3.2 74LS161 (7)

3.3 74LS192 (7)

3.4 74LS48 (8)

4 仿真结果及分析 (10)

4.1 仿真总原理图 (10)

4.2 仿真结果 (11)

小结 (12)

元件清单 (13)

参考文献 (14)

附录 (15)

附录A：电路原理图 (15)

附录B：电路PCB图 (16)

1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍

1.1 设计课题任务

设计并制作一个篮球竞赛计时器

1.2 功能要求说明

1.准确计时，具有显示30秒计时功能；

2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停、连续功能；

3.计时器为30s递减计时器，其计时间隔为1s；

4.计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

1.3 总体方案介绍

篮球竞赛30秒计时器的总体方案框图如图1.1所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。其中计数器和控制电路时系统的主要模块。计数器完成30秒技术功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示、定时完成报警等功能。

图1.1 30秒计时器的总体方案框图

2 单元电路的设计

2.1 秒脉冲发生器

2.1.1 秒脉冲发生器设计原理

用555集成电路组成多谐振荡电路如图2.1所示。

电路的工作原理是：接通电源，电源经外接电阻R1和R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当电压上升至2/3VDD时，会使比较器A1翻转输出低电平，RS触发器复位，输出端U0=0，同时三极管VT导通，电容C通过R2和VT 放电，当电容电压下降到1/3VDD时，比较器A2翻转输出低电平，RS触发器置位，输出端变为高电平，三极管VT截止，C放电终止又开始充电，周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲波。

电容C的放电时间t1与充电时间t2分别为

t1=R2CIN2≈0.7R2C

t2=(R1+R2)CIN2≈0.7(R1+R2)C

可得输出脉冲波的频率为

f=1/(t1+t2)≈1.43/(R1+2R2)C

图2.1 555集成电路组成多谐振荡电路

2.1.2 秒脉冲发生器设计方案

一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，由于本次课程设计对精度要求不高，因此选择用555集成电路组成多谐振荡电路产生f=10Hz的周期性矩形脉冲波。555集成电路组成多谐振荡电路参数设计如图2.2所示。

图2.2 555集成电路组成多谐振荡电路参数设计

用74LS161构成10进制计数器如图2.3所示，当周期为0.1秒的脉冲信号由CLK端进入计数器时，每隔10个脉冲74LS161计数一次，所以从CO输出端输出周期为1秒的脉冲信号，完成秒脉冲的设计。

图2.3 74LS161构成10进制计数器

2.2 计数器

8421BCD码30进制递减计数器由两片74LS192构成。74LS192是十进制计数器，具有“异步清零”和“异步置数”功能，且有进位和借位输出端。当需要进行多级扩展连接时，只要将前级的端接到下一级的CPD端，端接到下一级的CPU 端即可。此计数器预置数为N=(0011 0000)8421BCD=(30)10。

它的计数原理是，只有当低位借位端发出负跳变借位脉冲时，高位计数器才做减1计数。当高，低位计数器全为0，且CPD为0时，计数器完成并行置数，之后，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器进入下一轮循环减计数。

8421BCD码30进制递减计数器如图2.4所示。

图2.4 8421BCD码30进制递减计数器

2.3 译码显示

用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48专用于驱动LED 七段共阳极显示数码管。若将计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。译码显示电路如图2.5所示。

图2.5 译码显示电路

2.4 控制电路

此控制电路可以完成以下功能：

1、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。

2、当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“继续”开关，计数器继续累计计数。

3、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路（发光二极管）工作。

电路图见电路原理图。

2.5 报警电路

报警电路如图2.所示，两片74LS192的借位输出端与图中的非门输入端相接，当两片74LS192同时有借位输出时，即输出低电平时，二极管导通发光，达到光电报警的作用。

图2.6 报警电路

2.6 电路原理图和PCB图

2.6.1 电路原理图见附录A

2.6.2 电路PCB图见附录B